DE696030C - Process for operating gas machines with gas from fuels which can be liquefied under pressure at air temperature, but are gaseous at normal air pressure - Google Patents

Process for operating gas machines with gas from fuels which can be liquefied under pressure at air temperature, but are gaseous at normal air pressure

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DE696030C DE1934I0051193 DEI0051193D DE696030C DE 696030 C DE696030 C DE 696030C DE 1934I0051193 DE1934I0051193 DE 1934I0051193 DE I0051193 D DEI0051193 D DE I0051193D DE 696030 C DE696030 C DE 696030C
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Walter Ostwald
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

Verfahren zum Betrieb von Gasmaschinen mit Gas aus Brennstoffen, die bei Lufttemperatur unter Druckwirkung verflüssigbar, bei gewöhnlichem Luftdruck aber gasförmig sind Es wurde gefunden, daß sich der Betrieb . von Verbrennungsmotoren, z. B. Fahrzeugmotoren, mit verflüssigten Brenngasen, die bei Lufttemperatur unter Druckwirkung verflüssigbar, bei gewöhnlichem Luftdruck aber gasförmig sind, in vorteilhafter Weise durchführen läßt, wenn man den verflüssigten Brennstoff in eben diesem Zustande unmittelbar in den Arbeitszylinder einspritzt. Der bei der Entspannung bzw. Vergasung bekanntlich auftretende erhebliche Wärmeverbrauch führt hierbei nicht zum Einfrieren und zu anderen Lästigkeiten, vielmehr wirken sich hier die Entspannungs- und Verdampfungswärme auf das Füllungsgewicht und auch auf den Verbrennungscharakter der Ladung günstig aus (vgl. die sogenannte Innenkühlung und Kompressorwirkung der Verdampfungswärme alkoholhaltiger Kraftstoffe). Es wird deshalb bei dem vorliegenden Verfahren der Wärmeverbrauch durch Entspannung in das Motorinnere verlegt und eine unwirtschaftliche und umständliche Vorwärmung vermieden.Method for operating gas engines with gas from fuels that liquefiable under pressure at air temperature, at normal air pressure but are gaseous It has been found that the operation. of internal combustion engines, z. B. vehicle engines, with liquefied fuel gases, which at air temperature below Pressure effect liquefiable, but are gaseous at normal air pressure, in more advantageous This can be done if the liquefied fuel is in this condition injected directly into the working cylinder. The one during relaxation or gassing As is known, considerable heat consumption does not lead to freezing and to other annoyances, rather the relaxation and evaporation heat have an effect here on the filling weight and also on the combustion character of the cargo (cf. the so-called internal cooling and compressor effect of the heat of vaporization fuels containing alcohol). It is therefore in the present method Heat consumption relocated to the inside of the engine through relaxation and an uneconomical one and cumbersome preheating avoided.

Das vorliegende Verfahren unterscheidet sich wesentlich von denjenigen Arbeitsverfahren, bei denen gewöhnliche flüssige Brennstoffe in den Arbeitszylinder eingespritzt werden, wie es bei Dieselmotoren und den versuchsweise gelegentlich hergestellten Einspritzmotoren für Benzin und ähnliche flÜssige Kraftstoffe der Fall ist. Die Verdampfungswärme spielt bei Dieselmotoren gar keine, bei den Einspritzmotoren nur eine verhältnismäßig geringe Rolle, während erst bei verflüssigten Brenngasen eine erhebliche Füllungssteigerung durch die verbrauchte Entspannungs-und Verdampfungswärme eintritt. Ferner aber ermöglichen erst verflüssigte Brenngase vermöge ihrer raschen und freiwilligen Verwandlung in Gas und ihres Eigendruckes gegebenenfalls die Weglassung der teuren und betriebsschwierigen dosierenden Einspritzpumpe mit ihren ungemein hohen (etwa ioo atü) Einspritzdrucken und entsprechend engen und betriebsempfindlichen Düsenbohrungen.The present procedure differs significantly from those Working methods in which ordinary liquid fuels are in the working cylinder are injected, as is the case with diesel engines and the experimental ones occasionally manufactured injection engines for gasoline and similar liquid fuels of the Case is. The heat of vaporization does not play a role in diesel engines, in injection engines only a relatively minor role, while only with liquefied fuel gases a considerable increase in filling due to the expended heat of expansion and evaporation entry. Furthermore, however, only liquefied fuel gases are made possible by virtue of their rapid and voluntary transformation into gas and its own pressure, if necessary, the omission the expensive and difficult to operate metering injection pump with its immensely high (about 100 atmospheres) injection pressures and correspondingly narrow and sensitive to operation Nozzle holes.

Bislang ist es üblich, zum Betrieb von Verbrennungsmotoren benutzteverflüssigte Brenngase zunächst zu verdampfen und dann als Gase dem Verbrennungsraum zuzuführen bzw. die Gase vom Motor ansaugen zu lassen. Die bei der Entspannung der verflüssigten Brenngase auftretende Abkühlung hemmt die Vergasung und kann sogar zum Einfrieren der Verdampfer führen. Deshalb werden solche Verdampfer beispielsweise mit Abwärme des Motors oder aber sogar durch Beheizung des Verdampfers unter Verbrennung eines abgezweigten Teiles des Brenngases künstlich erwärmt.Up to now it has been customary to use liquefied liquids used to operate internal combustion engines To evaporate fuel gases first and then to supply the combustion chamber as gases or to allow the engine to suck in the gases. the in relaxation The cooling that occurs in the liquefied fuel gases inhibits the gasification and can even lead to freezing of the evaporator. That is why such evaporators are for example with waste heat from the engine or even by heating the evaporator with combustion a branched off part of the fuel gas is artificially heated.

Ferner ist es bekannt, in solcher Weise entbundene Brenngase (und übrigens auch in gleicher Weise entbundenen Sauerstoff) von dem Verbrennungsmotor selbst erzeugten Abgasen beizufügen, um diese erneut dem Motor zuzuführen.It is also known to use fuel gases released in this way (and Incidentally, oxygen released in the same way) from the internal combustion engine to add self-generated exhaust gases to feed them back into the engine.

Dadurch, daß man nach dem vorliegenden Verfahren das Brenngas flüssig einführt, erzielt man eine Erhöhung des Füllungsgewichtes und dadurch der Leistung. Wenn z. B. ein Motor an Stelle eines Gemisches von g % Brenngas und 95 °1o Verbrennungsluft nur mehr 'reine Luft ansaugt und das Brenngas bei geschlossenen Ventilen dem Zylinder zugeführt wird, so steigt einleuchtenderweise das Füllungsgewicht um annähernd 5 0/0. Außerdem erfährt durch Einführung des flüssigen Brenngases der Arbeitszylinder eine Abkühlung und dadurch mittelbar eine weitere Erhöhung des Füllungsgewichtes. Solche Abkühlung gestattet bei gleichem Kraftstoff eine Erhöhung der Verdichtung und dadurch von Leistung und Wirtschaftlichkeit, wie dies von Vergasermotoren und Brennkraftstoffen her wohl bekannt ist.By introducing the fuel gas in liquid form according to the present process, an increase in the filling weight and thereby the performance is achieved. If z. If, for example, instead of a mixture of g % fuel gas and 95 ° 1o combustion air, an engine only sucks in pure air and the fuel gas is fed to the cylinder with the valves closed, the filling weight increases by approximately 5 %. In addition, the introduction of the liquid fuel gas causes the working cylinder to cool down and thus indirectly to a further increase in the filling weight. With the same fuel, such cooling allows an increase in compression and thereby in performance and economy, as is well known from carburetor engines and internal combustion fuels.

Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt darin, daß die Einrichtungen zur Vernichtung der Entspannungs- und Verdampfungswärmevollständig in Wegfall kommen. Diese Einrichtungen sind kostspielig, raumfressend und empfindlich.Another advantage of the present method is that the devices for eliminating the expansion and evaporation heat completely come to an end. These facilities are costly, space-consuming and fragile.

Zur Ausführung des Verfahrens kann der Zylinderraum an einer geeigneten Stelle, welche sich sowohl im Verbrennungsraum als auch auf der Zylinderlaufbahn befinden kann, mit einem Anschluß für das verflüssigte Gas versehen werden, welcher durch ein besonderes Regelorgan, das in dazu geeigneten Fällen auch durch den Arbeitskolben der Maschine selbst verwirklicht sein kann, sinngemäß gesteuert wird. Die Steuerung der Kraftstoffmenge kann auch mechanisch in Abhängigkeit von der Motordrehzahl beispielsweise in der Weise erfolgen, daß ein vom Motor angetriebenes Pumpwerk mit einstellbarem Nutzhub in die Leitung des verflüssigten Brenngases eingeschaltet wird.To carry out the method, the cylinder space can be attached to a suitable Place, which is located both in the combustion chamber and on the cylinder liner can be provided with a connection for the liquefied gas, which by a special control element, which in appropriate cases also by the working piston the machine itself can be implemented, is controlled accordingly. The control the amount of fuel can also be mechanical as a function of the engine speed for example be done in such a way that a motor-driven pumping station with adjustable Useful stroke is switched on in the line of the liquefied fuel gas.

Die Steuerung kann ferner vorteilhaft durch magnetelektrisch betätigte Ventile erfolgen.The control can also be advantageously operated by magnetically actuated Valves take place.

Die Einspritzzeit kann sehr verschieden gelegt werden. Sie braucht keineswegs mit dem Saughub zu beginnen, kann vielmehr auch im Verdichtungshub stattfinden, wobei der ansteigende Verdichtungsdruck selbsttätig der weiteren Ausströmung entgegenwirkt.The injection time can be set very differently. she needs not to begin with the suction stroke, but can also take place in the compression stroke, whereby the increasing compression pressure automatically counteracts the further outflow.

Die Regelung kann in beliebiger passender Weise bewirkt werden, entweder als Gemischmengenregelung (Kopplung eines Drosselorgans in der Frischluftleitung mit dem Steuerorgan der Gaszufuhr und einem füllungs- oder drehzahlabhängigen Glied) oder als Qualitätsregelung (Veränderung der Brennstoffzufuhr ohne Veränderung der Luftquerschnitte) oder in einem Mittelding zwischen beiden Grundsätzen dergestalt, daß eine Grobregelung der Luftfüllung in Abhängigkeit von der Brennstoffzufuhr erfolgt. Die Qualitätsregelung hat den Vorteil, auch bei DrosselIeistungen volle Verdichtung und dadurch günstigere Verbrauchsziffern als die Gemischmengenregelung zu ergeben.Control can be effected in any convenient manner, either as mixture volume control (coupling of a throttle element in the fresh air line with the control element of the gas supply and a fuel or speed-dependent element) or as a quality control (changing the fuel supply without changing the Air cross-sections) or something in the middle between the two principles, that a coarse regulation of the air filling takes place depending on the fuel supply. The quality control has the advantage of full compression even with throttling capacities and thereby to result in more favorable consumption figures than the mixture quantity regulation.

Zur Erzielung eines guten Leerlaufs sowie guter Verbrennung kann es - zumal bei Qualitätsregelung - vorteilhaft sein, die Brennstoffzufuhr ganz oder zum Teil in der Nähe der Zündkerze zu bewirken.It can be used to achieve good idling and good combustion - especially in the case of quality control - it can be advantageous to reduce the fuel supply completely or to effect partly in the vicinity of the spark plug.

Hierdurch wird es möglich, beim Betriebe mit einem einzigen Kraftstoff sauberen Leerlauf zu erzielen und die wirtschaftlich vorteilhafte Qualitätsregelung (Veränderung der Kraftstoffmenge ohne wesentliche Veränderung der Luftmenge) zu verwirklichen.This makes it possible when operating with a single fuel to achieve clean idling and the economically advantageous quality control (Change in the amount of fuel without a significant change in the amount of air) realize.

Zur Sicherung empfiehlt es sich, zwischen Brennstoffbehälter und Arbeitszylinder außer einem Rückschlagventil ein Drosselorgan einzubauen, welches nicht mehr Brennstoff hindurchläßt, als dem Höchstbedarf des Motors entspricht. Auf diese Weise kann der Motor weder durchgehen noch in Kraftstoff ersaufen.To secure it, it is advisable to place between the fuel tank and the working cylinder apart from a non-return valve to install a throttle device, which no longer fuel passes, than corresponds to the maximum demand of the engine. In this way, the Do not stall or drown in fuel.

Zur Verbesserung der Gemischbildung kann es vorteilhaft sein, wenn die Brennstoffeinführung in den Zylinder tangential zur Zylinderbohrung und gegen ihre Achse geneigt erfolgt.To improve the mixture formation, it can be advantageous if the introduction of fuel into the cylinder tangential to the cylinder bore and against their axis is inclined.

Hierdurch tritt besonders günstige Mischungsbildung ein, zumal das bei flüssigen Kraftstoffen zu befürchtende Ausschleudern hier keine Rolle spielt. Auch wird auf diese Weise die entstehende vorteilhafte Abkühlung günstig verteilt.This results in a particularly favorable mixture formation, especially since the Ejection that is to be feared with liquid fuels does not play a role here. The advantageous cooling that occurs is also favorably distributed in this way.

Als verflüssigte Brennstoffe kommen beispielsweise Butan, Propan oder Gemische gasförmiger Kohlenwasserstoffe (Propan, Propylen, Äthylen usw.), wie sie z. B. aus Kokereigasen erhalten werden können, in Betracht.Liquefied fuels such as butane, propane or Mixtures of gaseous hydrocarbons (propane, propylene, ethylene, etc.) such as them z. B. can be obtained from coke oven gases into consideration.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: z. Verfahren zum Betrieb von Gasmaschinen mit Gas aus Brennstoffen, die bei Lufttemperatur unter Druckwirkung verflüssigbar, bei gewöhnlichem Luftdruck aber gasförmig sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff in flüssigem Zustand unmittelbar in den Arbeitszylinder eingespritzt wird. a. Gasmaschine mit einem Betriebsverfahren gemäß Anspruch z, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Drosselkörpers in der Brennstoffzuführungsleitung, der nicht mehr Brennstoff hindurchläßt, als dem Höchstbedarf der Maschine. entspricht. 3. Gasmaschine mit einem Betriebsverfahren gemäß Anspruch z und nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff tangential zum Zylinderumfang und gegen die Zylinderachse geneigt eingeführt wird. q.. Gasmaschine mit einem Betriebsverfahren nach Anspruch z, bei der die Zündung mittels einer Zündkerze erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff ganz oder zum Teil in. der Nähe der Zündkerze eingeführt wird.PATENT CLAIMS: e.g. Method for operating gas machines with gas from fuels that are pressurized at air temperature liquefiable, but are gaseous at normal air pressure, characterized in that the Fuel is injected directly into the working cylinder in the liquid state will. a. Gas engine with an operating method according to claim z, characterized by the arrangement of a throttle body in the fuel supply line, the does not let more fuel through than the maximum requirement of the machine. is equivalent to. 3. Gas engine with an operating method according to claim z and claim z, characterized in that the fuel is tangential to the cylinder circumference and against the cylinder axis is inserted inclined. q .. gas engine with a method of operation according to claim z, in which the ignition takes place by means of a spark plug, characterized in that that all or part of the fuel is introduced in the vicinity of the spark plug.
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